Application of optical spectroscopy to distinguish natural, treated and synthetic rubies

Hoe herken je een valse robijn? Het geheim ontrafeld.

Al van in de tijd van de Egyptenaren wordt aan edelstenen een zeer hoge waarde toegekend. Deze is te verklaren door het te lage aanbod dat de vraag niet kan volgen. In de modernere tijden zijn synthetische edelstenen op de markt gekomen met dezelfde samenstelling en eigenschappen om dit gat in de markt op te vullen. Deze synthetische stenen worden nu verkocht aan de prijs van de authentieke edelstenen hoewel deze minder kosten in productie en op zich lager in waarde geacht worden omdat ze namaak zijn. Omdat mensen graag weten of ze een “echte” steen kopen of niet, wordt er continu gezocht naar manieren om een onderscheid te maken tussen vals en echt. Maar hoe kan men dit onderscheid nu maken wanneer de synthetsiche stenen volledig identiek zijn aan de orginele? Of zijn ze dan toch niet zo identiek als we zouden denken?

In het geval van robijnen zit het zeer kleine verschil in de chemische samenstelling. Het chemische element chroom komt bijvoorbeeld in zeer kleine hoeveelheden voor in robijn en zorgt ervoor dat robijnen groen en blauw licht absorberen. Dit zorgt ervoor dat robijn een rode kleur krijgt. Het absorberen van licht is eigenlijk niets anders dan het opnemen van energie. Wanneer deze energie terug afgegeven wordt, dan gebeurt dit voor robijn via het uitzenden van rood licht wat een extra schittering veroorzaakt. Synthetische robijnen bevatten vaak iets meer chroom dan natuurlijke waardoor hun kleur intenser en dus ook mooier wordt.

Een ander element dat voorkomt in robijn is ijzer. Dit is eerder een storend of ongewenst element omdat dit de kwaliteit van de kleur van de steen doet afnemen. Robijn met hoge ijzerinhoud ziet er minder stralend en meer oranje-rood uit dan zuiver rood. De ijzerconcentratie van natuurlijke robijnen is sterk vormingsgebonden en gaat van zeer hoog (bij vorming in vulkanen) tot zeer laag (bij vorming in marmer). Synthetische robijnen kunnen op zich ijzer-vrij geproduceerd worden waardoor de kwaliteit van de kleur zeer hoog wordt.

Om robijnen te onderzoeken kunnen verschillende technieken worden gebruikt. Zo kan een microscoop gebruikt worden om te kijken naar insluitsels (gasbelletjes of kleine kristalletjes van andere mineralen die gevangen zitten in de robijn). Deze kunnen als een soort van vingerafdruk gelezen worden om de oorsprong te achterhalen. Dit is echter een zeer langdurige techniek en vereist veel ervaring om iets te weten te komen. Chemische analyses waarbij de samenstelling van de steen nagegaan wordt, zijn op zich ook mogelijk. Omdat de chroom- en  ijzerinhoud van een robijn gemakkelijk  gecontroleerd kan worden met chemische analyse, is te hard afwijken van de natuurlijke samenstelling ook weer nadelig. Een verhoogde chroomconcentratie doet denken aan een synthetische oorsprong. Het totaal ontbreken van ijzer is hier zelfs een sterke indicator van. Chemische analyses zijn sneller en eenvoudiger om te interpreteren dan microscopie, maar vaak beschadigen de metingen hiervoor de robijn. Naast dit ongewenst beschadigen of zelfs verkleuren van de robijn zijn deze technieken ook minder geschikt omdat ze veel duurder zijn dan microscopie.

De oplossing voor een optimale identificatie ligt in een soort microscoop waarmee chemische eigenschappen bekeken kunnen worden in plaats van fysische: een spectroscoop. Op een heel snelle manier kan een volledig spectrum boordevol informatie opgenomen worden. Hierbij gaat men opeenvolgend alle kleuren van de regenboog op de robijn schijnen en dan bepaalde frequenties van het uitgezonden licht opvangen en hiervan de intensiteit weergeven als een waarde. Al deze waarden samen vormen een spectrum-meting. Door de juiste pieken van deze metingen af te lezen kunnen per robijn verschillende typerende waarden toegekend worden om een onderscheid te maken tussen verschillende robijnen. Omdat de robijnen enkel in contact komen met licht, worden de robijnen op deze manier niet beschadigd.

De meest opvallende eigenschap die eenvoudig gecontroleerd kan worden is hoe sterk een robijn oplicht wanneer deze beschenen wordt met ultraviolet licht (UV) van 254nm (nanometer). Dit speciale licht is voor ons onzichtbaar omdat het teveel energie bevat. Andere diersoorten zoals bijvoorbeeld insecten kunnen dit licht wel zien en gebruiken dit om bloemen te zoeken. Wanneer een robijn dit soort licht ontvangt gaat deze veel energie kunnen opnemen. De hogere ijzerconcentratie in de natuurlijke stenen zorgt er echter voor dat er iets misgaat bij het uitzenden van het rode licht waardoor deze robijnen nauwelijks oplichten. De meeste synthetische en behandelde robijnen hebben dit probleem niet waardoor deze zeer fel rood gaan schijnen. Dit is zelfs met het blote oog waar te nemen! Het leuke aan de frequentie van 254nm is dat deze commercieel beschikbaar is in toestelletjes niet groter dan een bureaulamp. Hierdoor moet je geen grote, dure spectroscoop en gespecialiseerde computers bij de hand hebben om op onderzoek te gaan.

Moest je dus ooit een robijn gaan kopen, neem dan zeker je UV-lampje van 254nm mee. Zo ben je verkopers van valse stenen bijna altijd te slim af!